4.1.2.1. Les fibulines - The DART-Europe E-theses Portal

A ce jour, les anomalies touchant les fibulines -1 et -2 n’ont été associées à aucune pathologie humaine. En revanche, la déficience en fibuline-1 chez la souris provoque une létalité périnatale des suites d’un saignement dans vaisseaux capillaires (épargnant les grosses artères) (Kostka G et al. 2001). Les souris déficientes en fibuline-2 présente un phénotype normal et n’ont aucune altération des fibres élastiques (Sicot FX et al 2008). Chez l’humain, la mutation du gène de la fibuline-3 (EFEMP1) est impliquée dans la dégénérescence maculaire génétique (Malattia Laventinese) ressemblant à celle qui survient avec l’âge (Michaelides M et al 2006). Les souris déficientes en fibuline-3 présentent les phénotypes associés à un vieillissement précoce (réduction de la longévité, diminution de la masse corporelle et perte de poils, et atrophie des muscles et des organes…) mais curieusement, ne présentent pas de dégénérescence maculaire (McLaughlin PJ et al 2007). La mutation hétérozygote du gène de la fibuline-4 chez l’humain est associée à la forme autosomique récessive du cutis-laxa, à l’emphysème, la tortuosité aortique, l’anévrisme de l’aorte ascendante (Hucthagowder V et al. 2006, Dasouki M et al. 2007). Les souris présentant une expression hypomorphique de fibuline-4 (Fibulin-4^R/R) présentent aussi la tortuosité aortique, l’anévrisme de l’aorte ascendante (figure 16) et une rigidité de l’aorte qui résulte de la désorganisation des fibres élastiques. Ces souris présentent aussi une sténose et insuffisance valvulaire et une perturbation de la signalisation du TGF beta (Hanada K et al 2007). Les mutations du gène de la fibuline-5 sont responsables de la forme autosomique récessive du cutis-laxa chez l’Homme (Hu Q et al. 2006, Loeys B et al 2002, Markova D et al 2003). Les souris déficientes en fibuline-5 (Fibulin-5^-/-) présentent les même caractéristiques que celles

des souris Fibulin-4^-/- (tortuosité aortique, rigidité aortique, anomalie des fibres élastiques, perte d’élasticité de la peau, emphysème) avec une sévérité moindre. Ces souris présentent en plus un élargissement du ventricule droit (Nakamura T et al. 2002) et la formation de multiples néovaisseaux inexistants chez les souris témoins (angiogenèse aberrante).

Figure 17 : Anomalies aortiques de souris Fibuline-4^+/R et Fibuline-4^R/R. A-C arc et bifurcation de l’aorte de souris nouveau-né Fibuline-4^+/+, Fibuline-4^+/R et Fibuline-4^R/R. Noter l’anévrisme sur l’artère sous-claviculaire chez la souris Fibuline-4^+/R (flèche blanche en B). L’aorte ascendante est allongée et sévèrement dilatée (flèche blanche en C). D-F Aorte abdominale de souris Fibuline-4^+/+, Fibuline-4^+/R et Fibuline-4^R/Râgées de 10 jours. L’aorte de souris Fibuline-4^+/R est moins transparente que celle de souris contrôle et les aortes de souris Fibuline-4^R/R sont allongées et tortueuses. G et H, les hémorragies intra-vasculaires sont visibles dans les aortes de souris Fibuline-4^R/R âgées de 14 semaines. D’après Hanada H et al 2007.

I. . . . . Les LTBPs

Les mutations du gène du LTBP-2 sont responsables du glaucome primaire congénital caractérisé par une pression intra-occulaire élévée qui apparait très tôt (dès l’âge d’un an) et qui peut conduire à l’endommagement du nerf optique et à l’elargissement du globe occulaire, conduisant à la perte définitive de la vue (Ali M et al. 2009). Les autres membres de la famille des LTBPs ne sont clairement responsables d’aucune pathologie humaine connue. Néanmoins des études ont été réalisées sur des souris pour connaître l’effet de l’altération du gène des LTBPs. Globalement, la signalisation du TGF beta est diminuée chez les souris déficientes en LTBP.

La déficience en LTBP-1L (forme longue de LTBP-1) chez la souris aboutit au truncus arteriosus (tronc artériel commun) permanent et l’interruption de la crosse aortique associée une diminution de la signalisation du TGF beta. Les souris LTBP-1L^-/- meurent à la naissance et on note aussi une létalité embryonnaire chez ces souris (Todorovic V et al. 2007).

La déficience en LTBP-2 est létale entre E3.5 et E6.5 du développement embryonnaire chez la souris (Shipley JM et al 2000).

La déficience en LTBP-3 conduit à des anomalies squelettiques et pulmonaires chez les souris (Dabovic B et al 2002, Colarossi et al 2005)

La déficience en LTBP-4 conduit à l’emphysème, et une cardiomyopathie progressive (commençant par le ventricule droit). Les souris LTBP-4^-/- sont en bonne santé jusqu’à l’âge de 6-8 mois, après leur état se dégrade rapidement (Sterner-Kock A et al. 2002)

I.4.1.2.3. Fibrilline-1 (fibrillinopathies)

Les maladies génétiques du tissu conjonctif dues à une mutation hétérozygote des gènes des fibrillines (1, 2 et 3) sont connues sous le nom générique de fibrillinopathies. Alors que la mutation du gène de la fibrilline-2 aboutit à une seule maladie, le syndrome de Beals ou arachnodactylie contracturale congénitale (CCA), la mutation de celui de la fibrilline-1 est quand à elle responsable d’une série de maladies incluant :

- différentes formes du syndrome de Marfan : le syndrome de Marfan sera discuté dans les chapitres suivants.

- la forme dominante du syndrome de Weill-Marchesani : caractérisée par une petite taille, la brachydactylie, une rigidité articulaire et des anomalies oculaires (myopie, glaucome). (Faivre L et al 2003)

- le syndrome de Shprintzen-Goldberg (ou syndrome marfanoide-craniosynostose) : craniosynostose (dysmorphie du crâne et de la face), caractéristiques Marfanoides, anomalies squelettiques, neurologiques et cardiovasculaires (Sood S et al. 1996, Robinson PN et al.

2006)

- le syndrome MASS (anomalies touchant la valve mitrale, l’aorte, le squelette et la peau) : anomalies squelettiques et de la peau, prolapsus de la valve mitrale, dilatation aortique sans dissection (Dietz HC et al. 1993).

- « l’ectopia lentis » familiale, la sclérose systémique : mauvais positionnement ou déplacement du cristallin par rapport à sa position normale (Ades LC et al 2004).

- la forme familiale de l’anévrisme/dissection aortique thoracique : elle sera discutée dans un chapitre ultérieur (Milewicz DM et al. 1996).

Les fibrillinopathies impliquent les différents organes dans lesquels les fibrillines sont exprimées. Le système cardiovasculaire est très fortement impliqué dans le syndrome de Marfan et dans l’anévrisme/dissection aortique thoracique familiale, alors qu’il l’est rarement dans les autres types de fibrillinopathies. Dans ces deux pathologies, la principale cause de mortalité est la dissection et rupture de l’aorte ascendante.

I.4.1.2.3.1. Anévrisme et dissection de l’aorte thoracique

L’anévrisme aortique est une dilatation anormale de l’aorte conduisant à une augmentation de plus de 50 % de sa taille normale. Elle peut être d’origine génétique comme dans le cas du syndrome d’Ehlers-Danlos de type IV (mutation du gène de la sous unité alpha-1 du collagène III) (Pepin M et al. 2000), de la valve aortique bicuspide (BAV) (Clementi M et al. 1996, Glick BN et Roberts WC 1994), ou du syndrome de Marfan (mutation du gène de la fibrilline-1) (Judge DP et Dietz HC 2005), ou acquise comme au cours du vieillissement (Grimshaw GM et Thompson JM 1997) ou même d’origine inconnue (idiopathique) (Marin-Manzano E et al. 2009 , Gasparovic H et al. 2005). L’anévrisme peut toucher différentes parties de l’aorte, du sinus de Valsalva à la base de l’aorte ascendante jusqu’à la bifurcation iliaque à l’extrémité de l’aorte abdominale infrarénale. L’anévrisme peut être classé selon la morphologie, l’étiologie ou la localisation anatomique. En se fondant sur la morphologie, on distingue deux types d’anévrismes : l’anévrisme sacculaire (dilatation excentrique de l’aorte) et l’anévrisme fusiforme (dilatation uniforme impliquant toute la circonférence de la paroi aortique). Une classification du type d’anévrisme a été établie par Standford et DeBakey (figure 18) sur la base de la localisation anatomique.

Figure 18 : Localisation et classification anatomiques des anévrismes et dissections. a) Localisation anatomique des anévrismes, b) classification des dissections aortiques initiées dans l’aorte thoracique. D’après Milewicz DM et al 2008.

La pathogénèse de l’anévrisme commence à être connue. Elle est différente selon que l’anévrisme se situe au niveau de l’aorte thoracique (aorte ascendante ou /et descendante) ou de l’aorte abdominale, cette deuxième localisation étant au moins trois fois plus fréquente que la première (Kuivaniemi H et al. 2008).

L’anévrisme de l’aorte abdominale est caractérisé par une inflammation locale chronique de la paroi vasculaire, une diminution du nombre de cellules musculaires lisses dans la média et une fragmentation de la matrice avec une dégradation de l’élastine (Thompson RW 2002). L’expression et l’activation locale de certaines MMP est aussi notée (Thompson RW 2002). Une nécrose de la media avec infiltration de leucocytes est présente dans de nombreux cas.

Au niveau de l’aorte ascendante, l’anévrisme est caractérisé par la dégénérescence de la media aortique avec dégradation des fibres élastiques et du collagène et une accumulation du matériel mucoïde (polysaccharides). On note aussi la perte des cellules musculaires lisses par un processus apoptotique plutôt que nécrotique (Hasham SN et al 2002).

La dissection aortique est une déchirure de la paroi aortique séparant l’intima et la partie interne de la media de sa partie externe et l’adventice et permettant ainsi au sang de rentrer dans la media (Baxter BT 2005). La dissection est plus fréquente au niveau de l’aorte proximale, alors que la plupart des anévrismes sont situés au niveau de l’aorte distale. La

dissection aortique est généralement précédée par une dilatation, mais dans de rares cas elle dilatation préalable de l’aorte (Baxter BT 2005).

survient sans

I. . . . Le syndrome de Marfan

Le syndrome de Marfan, lié à la mutation du gène de la fibrilline-1, est une maladie systémique du tissu conjonctif qui tire son nom du pédiatre parisien Antoine-Bernard Marfan.

Il touche 2 à 3 personnes sur 10000 dans le monde (Judge DP et Dietz HC 2005). Il se manifeste au niveau des systèmes squelettique (excroissance osseuse), oculaire (dislocation du cristallin), cardiovasculaire (anévrisme et rupture aortique) et pulmonaire ainsi qu’au niveau de la peau. Les atteintes du système cardiovasculaire constituent la principale cause de mortalité due à cette pathologie et se divisent en deux catégories: les atteintes touchant le cœur et celles affectant les vaisseaux sanguins (Judge DP et Dietz HC 2005).

Au niveau cardiaque, on note les évènements suivants:

- un épaississement des valves cardiaques (atrio-ventriculaires) souvent associé au prolapsus des valves bicuspides ou tricuspides,

- une calcification de l’anneau mitral,

- une insuffisance de la valve mitrale conduisant à la défaillance cardiaque congestive - une cardiomyopathie dilatée (dilatation anormale des ventricules).

Au niveau vasculaire, l’aorte ascendante est le vaisseau le plus touché, voire le seul dans certains cas. La dilatation, puis la rupture, de l’aorte ascendante est l’une des principales caractéristiques du syndrome de Marfan et la principale cause de décès chez les patients. La dilatation est plus importante au niveau de la racine aortique (figure 19). Elle y est souvent restreinte mais peut s’étendre sur toute l’aorte thoracique (ascendante et descendante) et, dans certains cas, on note aussi un anévrisme de l’aorte abdominale. La dilatation de l’aorte évolue progressivement avec l’âge, mais dans la forme infantile particulièrement sévère, la dilatation du sinus du Valsava peut parfois commencer in utero (Ramaswamy P et al. 2006, Lopes KR et al. 2006). Le dysfonctionnement des valves aortiques est un phénomène tardif qui fait suite à l’étirement de l’anneau aortique dû à l’expansion anévrismale de la racine aortique.

Figure 19: Echocardiogramme bi-dimensionnel (vue longitudinale) illustrant une racine aortique dilatée, impliquant principalement le sinus de Valsalva, chez une patiente de 47 ans atteinte du syndrome de Marfan. D’après Nicola C Ho et al. 2002.

Des études ultrastructurales de l’aorte de patients atteints du syndrome de Marfan avec dissection aortique, ont montré que les lames élastiques perdent leurs connections avec les cellules musculaires lisses et deviennent lisses (figure 20). Ces études montrent aussi une accumulation de collagène fibrillaire dans certaines parties de l’aorte (figure 20 A), la libération de vésicules de matrice libérées par les cellules musculaires lisses et occasionnellement des gros fragments cellulaires suggérant un mécanisme d’apoptose.

Figure 20 : Gauche : Région fibrotique d’une partie de l’aorte sévèrement endommagée d’un patient Marfan. Les lames élastiques sont lisses suite à la disparition des extensions élastiques. L’espace interlamellaire contient principalement du collagène fibrillaire.

Barre = 1µm. Droite : pourcentage de surface de tissus avec différents nombres d’extensions élastiques dans l’aorte de patients avec ou sans syndrome de Marfan. Noter la perte de connections entre les cellules musculaires lisses et les fibres élastiques qui s’accentue chez les patients Marfan âgés. D’après Dingemans K.P et al. 2006.

En utilisant l’imagerie par résonnance magnétique (IRM) et l’échographie, il a été montré que les patients atteints de syndrome du Marfan ont une distensibilité aortique plus faible et un indice de rigidité plus élevé comparés aux sujets normaux (Adams JN et al. 1995, Vitarelli A et al. 2006) (figure 21)

Figure 21: Valeurs standard d’examen échographique de patients atteints du syndrome de Marfan avec dilatation aortique (A) et des patients avec des diamètres aortiques normaux. AA : aorte ascendante. DA : aorte thoracique descendante. D’après Vitarelli A et al 2006.

Le syndrome de Marfan est dû à la mutation du gène de la fibrilline-1, dans 90 % des cas, (Dietz HC et al. 1991) ou des récepteurs de type I et II du TGF beta (TGF beta R1 et R2 respectivement) (Mizuguchi T et al. 2004, Singh KK et al. 2006). Ces récepteurs permettent la transduction de la signalisation par le TGF beta dans la cellule. Cette dernière contrôle un certain nombre de phénomènes cellulaires comme la prolifération, la différentiation, et l’apoptose (Shi Y et Massague J 2003).

Au niveau moléculaire, plus de 600 mutations dans le gène de la fibrilline-1 ont été identifiées comme étant responsables du syndrome de Marfan (http://www.umd.be). Ces mutations se divisent en deux groupes (figure 22) :

1) des mutations conduisant à un raccourcissement de la protéine (protéine tronquée) : elles représentent 1/3 des mutations et consistent en des mutations non-sens, des erreurs d’épissage, de petites délétions et insertions conduisant à un codon STOP prématuré, des délétions

« multi-exoniques ». Les mutations responsables de l’apparition d’un codon STOP prématuré ont pour conséquence de réduire énormément la production de la protéine à partir de l’allèle mutée (Collod-Beroud G et Bioleau C 2002). En effet, on note une forte diminution de la quantité de fibrilline-1 produite chez certains patients atteints du syndrome de Marfan probablement suite à une dégradation des ARNm provenant de l’allèle mutée ou en lien avec une rétention intracellulaire de la fibrilline-1 (Raghunath M et al. 1995). Alternativement, ces mutations conduisent à la formation d’un monomère de fibrilline-1 anormal qui interfère avec l’assemblage des molécules de fibrilline-1 normales (effet dominant négatif) ce qui a pour conséquence la réduction de la quantité de microfibrilles dans la matrice extracellulaire (Milewicz DM et al. 1992).

2) des mutations faux-sens qui représentent 2/3 des mutations du gène de la fibrilline-1. Ces mutations touchent fréquemment le site de fixation du calcium sur cbEGF et constituent en une délétion ou substitution d’un résidu cystéine, potentiellement impliqué dans une liaison disulfure. Ceci a pour conséquence : a) le repliement incorrect de la protéine augmentant ainsi sa susceptibilité aux protéases (Vollbrandt T et al. 2004, Booms P et al. 2000) ou b) la rétention intracellulaire de la fibrilline-1, dans le réticulum endoplasmique (Whiteman P et Handford PA 2003).

Figure 22: Distribution des mutations identifiées sur le gène de la fibrilline-1. D’après Collod-Béroud G et Boileau C.

2002

Malgré une avancée importante ces dernières années dans le diagnostic moléculaire, il n’est pas toujours possible de faire une corrélation génotype-phénotype dans le syndrome de Marfan. La raison en est l’hétérogénéité clinique. Des personnes d’une même famille portant la même mutation sur le gène de la fibrilline-1 peuvent souvent avoir des manifestations cliniques très différentes du syndrome de Marfan. Cette hétérogénéité clinique serait le résultat de facteurs environnementaux, la susceptibilité des microfibrilles aux dégradations protéolytiques ou même des facteurs stochastiques en plus des facteurs génétiques (Hutchinson S et al. 2003). Néanmoins, quelques associations ont pu être établies (Faivre L et al. 2007). Ainsi, les substitutions de cystéines, quelque soit l’emplacement, sont très fréquemment associées à « l’ectopia lentis ». A l’inverse, des mutations conduisant à un codon STOP prématuré sont associées à des phénotypes sévères squelettiques et de la peau.

Les mutations dans les exons 24 à 32 sont associées à un pronostic sévère et complet chez les patients jeunes tout comme les patients âgés.

I.4.1.2.3.3. Modèles de souris portant une mutation de la fibrilline-1

Pour comprendre la pathogénèse du syndrome de Marfan, plusieurs modèles de souris portant des mutations dans le gène de la fibrilline-1 ont été créés. Les souris mg∆ sont générées par délétion des exons 19-24 (remplacés par une cassette NeoR), codant pour les domaines cbEGF8-TB3, dans le gène de la fibrilline-1. Chez l’humain, les mutations dans

cette région du gène de la fibrilline-1 sont associées à la forme néonatale du syndrome de Marfan. L’allèle mutant est exprimé à hauteur de seulement 10 % par rapport à l’allèle sauvage chez les souris Fbn-1 ^mg^∆^{/ mg}^∆ (Pereira L et al. 1997). On note chez ces souris la présence de fragmentations focales des fibres élastiques et une accumulation de matrice amorphe. Des microfibrilles sont cependant formées malgré la présence de fibrilline mutante.

Si les souris hétérozygotes (Fbn-1 ^mg^∆^/+) sont viables et fertiles avec peu de différences perceptibles par rapport au souris sauvages jusqu’à l’âge adulte, les homozygotes (Fbn-1 ^mg^∆^/

mg∆) meurent 2 à 3 semaines après la naissance en moyenne, des suites de dissections anévrismales de l’aorte ascendante. L’incapacité des microfibrilles à soutenir le stress hémodynamique dans l’adventice semble être la cause de la dilatation aortique. En revanche, il n’y a pas d’anomalie squelettique chez ces souris homozygotes. Au niveau pulmonaire, ces souris homozygotes présentent une altération de la septation alvéolaire distale associée à une augmentation de l’activation et de la signalisation par le TGF beta qui peut être prévenue par l’administration d’anticorps neutralisants le TGF beta pendant la période périnatale (Neptune ER et al. 2003).

Un autre modèle de souris mutée pour la fibrilline-1 a été accidentellement créé par insertion de la cassette NeoR dans l’intron 18 sans réarrangement de la séquence génique codante (souris mgR). L’allèle mutant est exprimé à hauteur de 15-20% par rapport à l’allèle sauvage (Pereira L et al. 1999). Les souris hétérozygotes (Fbn-1 ^mgR/+) sont viables et ne présentent pas d’anomalies majeures durant leur vie. Les souris homozygotes (Fbn-1 ^mgR/mgR) meurent au bout de 3 à 6 mois après la naissance d’insuffisance pulmonaire et vasculaire. Les souris homozygotes présentent des anomalies squelettiques (cyphose, excroissance des côtes).

Au niveau vasculaire, ces souris présentent une calcification médiale des fibres élastiques à partir de 6 semaines, une hyperplasie intimale typiquement présente à partir de 9 semaines, et plus tard une inflammation adventitielle. Les zones où surviennent ces événements sont spatialement proches. Une étude biomécanique sur l’aorte de ces souris montre une augmentation de la rigidité vasculaire (Marque V et al. 2001). Ces souris présentent aussi, au niveau de l’aorte, des ruptures fréquentes de leurs lames élastiques, qui en devenant plus lisses, perdent leur connexion avec les cellules musculaires lisses (Bunton TE et al. 2001).

Dans l’aorte, les microfibrilles lient les cellules endothéliales et les cellules musculaires lisses adjacentes aux fibres élastiques à travers des structures appelées « filaments de connexion » (Davis EC et al 1994 et 1993). La perte de ces connexions survient dans l’aorte des souris Fbn-1^mgR/mgR (Bunton TE et al. 2001). Lorsque cette perte dépasse un certain seuil, les cellules musculaires lisses initient un programme de synthèse de matrice extracellulaire (MEC) qui va

conduire à l’accumulation de cette protéine dans la paroi et l’augmentation de la rigidité vasculaire. En plus des protéines matricielles, les cellules musculaires lisses sécrètent aussi des enzymes protéolytiques comme la MMP-2 et MMP-9 qui vont permettre l’élastolyse et contribuer ainsi au collapsus mécanique de la paroi de l’aorte (figure 23) (Xiong W et al.

2008).

Figure 23: Modèle d’élastolyse acquise dans le syndrome de Marfan. Les cellules musculaires lisses sont attachées à des lames élastiques voisines par des filaments de connexion (CF) composés de fibrilline-1 (a). Les patients atteints du syndrome de Marfan (b) commencent leur vie avec une déficience génétique des CF et peuvent perdre leurs connexions résiduelles avec le temps, initiant une modification de l’état synthétique de la cellule qui contribue à l’élastolyse précoce. L’élastolyse intense peut s’associer avec l’infiltration de cellules inflammatoires dans la media et précipiter le collapsus de la paroi vasculaire. D’après Bunton et al. 2001

L’étude des deux modèles de souris mg∆ et mgR a montré que des fibres élastiques morphologiquement normales sont présentes (entre les lésions focales et dans les tissus normaux) malgré la mutation de la fibrilline-1. Il avait été conclu que la fibrilline-1 joue un rôle plutôt dans l’homéostasie tissulaire que dans le développement des fibres élastiques et des tissus. Le fait que l’expression du gène de la fibrilline-2 précède celle de la fibrilline-1 et a lieu pendant le développement a soulevé 1’hypothèse que la fibrilline-2 joue un rôle prépondérant dans l’assemblage des fibres élastiques. Cette hypothèse a été démentie par le fait que la déficience en fibrilline-2 n’a pas montré d’effet apparent sur l’élastogenèse (Chaudhry SS et al. 2001).

Un troisième modèle de souris a été créé pour permettre de trancher entre les deux hypothèses de pathogénèse du syndrome de Marfan, à savoir le modèle dominant négatif et le modèle de l’haploinsuffisance. Ce modèle de souris porte une mutation ponctuelle qui substitue la cystéine 1039 dans le domaine cbEGF11 par une glycine (mutation C1039G)

(Judge DP et al. 2004). La mutation correspondante (C1039Y) chez l’Homme aboutit à la forme classique du syndrome de Marfan (Schrijver I et al. 1999). Le niveau d’expression de l’allèle portant la mutation C1039G reste inchangé par rapport à celui de l’allèle sauvage. Les souris hétérozygotes (Fbn-1 ^C1039G/+) présentent une difformité squelettique, des zones focales d’épaississement de la média avec désorganisation et fragmentation des lames élastiques ainsi que des zones fréquentes de dépôt de protéoglycanes dans l’aorte (figure 24). Il a également été mis en évidence, in vitro, sur des fibroblastes murins, une altération de la formation des microfibrilles. Les souris Fbn-1 ^C1039G/+présentent, comme les souris Fbn-1 ^mg^∆^/mg^∆, une augmentation de la signalisation par le TGF beta qui peut être prévenue par des anticorps neutralisants le TGF beta ou par le losartan, un bloqueur du récepteur de type 1 de l’angiotensine (AT1) (Habashi JP et al. 2006). Alors que les souris non traitées présentent une

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